Met thermochrome ramen zit je er warm óf lekker koel bij

Met de “ramen van de toekomst” zit je er altijd goed bij. Deze thermochrome ramen houden het huis koel in de zomer en warm in de winter. “Al zou ik deze ramen voor meer wooncomfort en energiebesparing liever nog vandaag dan morgen installeren in geschikte huizen en kantoren”, zegt Zeger Vroon, lector Duurzame Energie aan Zuyd Hogeschool en tevens aangesteld als onderzoeker bij TNO.

Dat de zomers warmer worden in Nederland, met extremere temperaturen, zal niemand ontgaan zijn. Of je nu wel of niet in klimaatverandering gelooft, er is een trend gaande voor stijgende temperaturen. Tegelijkertijd merkt iedereen dat de vele goed geïsoleerde huizen, als gevolg van het isolatiebeleid van de laatste 30 jaar, hier niet tegen zijn opgewassen. Vroon ziet dat het klachten regent van eigenaars van (nieuwbouw)woningen na 2000, die aangeven dat het binnenshuis te heet wordt bij temperaturen boven de 25 graden Celsius. “Dat lossen ze dan op met airco´s, maar dat is onnodig en energie-onzuinig. Met speciale, gecoate ramen kun je de woning koel houden in de zomer, en toch warm in het winterseizoen. Dat komt doordat de coating door twee fasetoestanden meebeweegt met de temperatuur van de omgeving. De coating weert bij hogere temperaturen Infraroodstraling. Dit is ook een energie-efficiënte oplossing en voorkomt warmteverlies via ramen.” Vroon ontwikkelt de thermochrome ramen bij TNO en Zuyd Hogeschool, samen met Universiteit Hasselt en diverse bedrijven in Zuid-Oost Nederland.

Speciale thermochrome coating

Het geheim van de speciale ramen zit ´m in het bijzondere materiaal in de coating. “Het gaat om vanadium(iv)dioxide. Dit is het meest ideale, thermochrome materiaal, omdat het een `switch temperatuur` heeft die dicht bij kamertemperatuur ligt. In de vorm van vanadium(iv)dioxide, dat in pure vorm bij 68 graden van fase verandert, zijn de ramen geschikt te maken om warmte tegen te houden of door te laten. Beneden een bepaalde temperatuur laat de coating met deze stof dan infraroodlicht, en dus warmte, door. Komt de temperatuur boven een ingestelde waarde, dan houdt deze het infraroodlicht tegen”, aldus Vroon. Deze werking van de coating is daarom thermochroom, ofwel een optisch veranderende stof als gevolg van de omgevingstemperatuur.

Schakelbare ramen

Door doteringen als wolfraamoxide aan te brengen in de coating, is de natuurlijke temperatuur van 68 graden naar beneden gebracht tot kamertemperatuur. “We kunnen zo schakelbare ramen maken door gebruik te maken van de thermochrome eigenschap van gedoteerde vanadiumoxide. De coating schakelt dan van transparantie van infraroodlicht naar reflectie, bij een temperatuur boven de 20 graden tot maximaal 40 graden. Het vanadiumdioxide neemt dan een kristallijne structuur aan waardoor het infrarode deel van het zonlicht dat op het raam valt wordt gereflecteerd.” In de winter schakelt de coating weer over naar een halfgeleiderfase zodra de temperatuur onder de 20 graden komt. Dan laat het weer warmtestraling door, zodat het binnenshuis aangenaam warm wordt.

We willen ramen dynamischer maken, zowel geschikt voor de zomer als de winter”

Zeger Vroon, lector Duurzame Energie aan Zuyd Hogeschool

Prototype

Sinds 2016 werkt TNO met een groot aantal bedrijven aan deze ramen van de toekomst. TNO ontwikkelde de coating binnen het Brightlands Material Center. In oktober 2023 maakte TNO een prototype van het klimaatbestendige raam van 1 bij 1 meter, na eerdere opschalingen van 40 x 40 cm en 10 x 10 cm. Dit is volgens Vroon de laatste stap voor opschaling. “TNO heeft bewezen dat de ramen homogeen zijn. Nu is het zaak om aan bouwpartijen te laten zien dat het werkt. We zitten in de demonstratiefase, dus TRL 7. Ramen hebben allerlei afmetingen, dus we moeten nog verschillende praktijktesten uitvoeren in verschillende gebruikersomgevingen in Nederland, zoals woningen en utiliteitsbouw.” In de zomer van 2023 opende de pilotfabriek op de TNO Brightlands Chemelot Campus om het productieproces verder op te schalen.

Er is geen weg meer terug, het klimaat verandert en innovaties moeten meebewegen”

Zeger Vroon, lector Duurzame Energie aan Zuyd Hogeschool

Aangenaam licht

Een uitdaging bij de ontwikkeling van schakelbare ramen, zoals overigens bij alle ramen, is wel dat alleen de Infraroodstraling uit het spectrum moet worden gefilterd. “Want het zichtbare licht moet er nog steeds doorheen kunnen vallen, anders wordt de woning te donker. Het meeste licht dat binnenvalt via de huidige ramen is wat ´gelig´, en anders dan het licht buiten. Dat zijn we gewend en vinden we prettig. Er blijft finetuning nodig om de juiste kleur te handhaven, eventueel met gebruik van pigmenten in coatings. We willen zoveel mogelijk in de buurt van het glas komen wat nu in de meeste ramen zit. Behalve de technische uitdaging, moeten we ook op de prijs letten. De coatinglaag mag niet te duur zijn om ons product niet uit de markt te prijzen. Tegelijkertijd bespaart de coating wel een energie slurpende airco, en levert het comfort op. Dat is ook wat waard.”

Geen weg meer terug

Volgens Vroon is er een grote behoefte in de markt voor zijn ontwikkelde ramen. “Er is geen weg meer terug. Het klimaat verandert en wij moeten meebewegen met nieuwe, duurzame producten zoals deze klimaatbestendige ramen. Gelukkig wordt regelgeving strenger en normen worden opgelegd. In alle onderdelen van de energietransitie bevordert dit de innovatie. Ik verwacht dan ook dat het soort ramen met thermochrome coatings zoals wij ontwikkelen uiteindelijk standaard gaan worden, en aansluiten bij de normen die de overheid ons oplegt. Bij de ontwikkeling van enkel naar dubbel glas en soms zelfs triple glas, als gevolg van de oliecrisis in 1973, ging het op een soortgelijke manier. Sommige ramen hebben argongas als vulling bij dubbelglas, wat zorgt voor een nog betere isolatie ten opzichte van lucht. Sinds 2000 hebben de meeste ramen een low-e-coating, een dun laagje zilver aan de binnenzijde van het glas dat warmte reflecteert en dus binnenhoudt. Dat werkt fantastisch in de winter, maar helaas houdt het de warmte ook binnen in de zomer. De tendens naar steeds meer isolatie moet een keer doorbroken worden, want we kunnen zo niet oneindig doorgaan.”